DE10156052B4

DE10156052B4 - Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10156052B4
Application number: DE10156052.4A
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiko Takahashi; Morio Fujiwara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: KR100591351B1; JP3748517B2; US20020166526A1; US6526930B2; KR20020085781A; DE10156052A1; JP2002332873A; KR20050016744A

Abstract

Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors, das aufweist: Sensoreinrichtungen (13, 14, 17, 18) zum Ermitteln der Betriebszustände des Verbrennungsmotors; Einlass- und Auslassnockenwellen (15C, 16C) zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile des Verbrennungsmotors synchron zu einer Rotation einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors; zumindest einen Stellantrieb (15, 16), der zum Betrieb mit zumindest einer der Nockenwellen (15C, 16C) zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile verbunden ist; eine hydraulische Druckversorgungseinheit zum Zuführen eines hydraulischen Drucks an den Stellantrieb (15, 16); und eine Steuereinrichtung (21A) zum Steuern des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zu dem Stellantrieb zugeführten hydraulischen Drucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, wodurch eine relative Phase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert wird, worin der Stellantrieb (15, 16) aufweist: eine verzögernde hydraulische Kammer (153) und eine vorschiebende (154) hydraulische Kammer zum Einstellen der relativen Phase in einem einstellbaren Bereich; einen Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) zum Einstellen der relativen Phase in eine Verriegelungsposition (Vr) innerhalb des einstellbaren Bereichs; und einen Lösemechanismus zum Lösen des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf ein vorbestimmtes Niveau des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zugeführten hydraulischen Drucks, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (21A) einen integrierten Wert (I) basierend auf einer Steuerabweichung (Ver) zwischen einem angestrebten Vorschubwinkelbetrag (Vt) und einem ermittelten Vorschubwinkelbetrag (Vd) bestimmt, wobei der Vorschubwinkelbetrag eine Phasendifferenz zwischen den Phasen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ist, den integrierten Wert (I) innerhalb eines Steuerbereichs mit einem oberen Grenzwert (Iu) und einem unteren Grenzwert (Il) hält, und den oberen Grenzwert (Iu) des Steuerbereichs absenkt und/oder den unteren Grenzwert (Il) des Steuerbereichs anhebt, wenn der Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) betätigt ist, um die relative Phase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle so zu steuern, dass sie innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Verriegelungsposition (Vr) ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein ausgedrückt auf ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile für einen Verbrennungsmotor zur Steuerung der zeitlichen Betriebsabstimmung der Einlassventile und Auslassventile des Motors in Abhängigkeit der Betriebszustände des Motors.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren sind die gesetzlichen Regelungen, die in Verbindung mit dem Ausstoß von schädlichen Stoffen oder Substanzen in die Atmosphäre, die im Abgas eines Motors, der in ein Motorfahrzeug oder ein Automobil eingebaut ist, enthalten sind, aus Sicht des Umweltschutzes immer strenger geworden. Unter diesen Umständen gibt es eine große Nachfrage nach einer Verminderung des Ausstoßes schädlicher Stoffe oder Substanzen, die in den Abgasen von Verbrennungsmotoren enthalten sind.
Im allgemeinen waren hierzu zwei Arten von Verfahren zur Verminderung der schädlichen Abgaskomponenten bekannt. Ein Verfahren ist auf die Verminderung schädlicher Gase, die direkt von dem Verbrennungsmotor (nachfolgend vereinfacht als Motor bezeichnet) ausgestoßen werden, gerichtet, während das andere Verfahren auf die Verminderung schädlicher Komponenten durch nachträgliche Behandlung der Motorabgase mit Hilfe eines katalytischen Umwandlers (nachfolgend vereinfacht als Katalysator bezeichnet), der in einem mittleren Abschnitt der Abgasanlage des Motors eingebaut ist, gerichtet.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist in dem oben angesprochenen Katalysator die Reaktion zum Umwandeln der schädlichen in harmlose Gaskomponenten schwierig oder unmöglich, solange die Temperatur des Katalysators nicht einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Folglich ist es eine wichtige Anforderung, die Temperatur des Katalysators zügig zu erhöhen oder zu steigern, selbst wenn der Verbrennungsmotor beispielsweise im Zuge des Anlassvorganges sich im kalten Zustand befindet (d. h. im Zustand niedriger Temperatur).
In diesem Zusammenhang ist es ebenso bekannt, dass in den meisten bisher bekannten Verbrennungsmotoren Nockenwellen, welche eine wesentliche Rolle beim Bestimmen der zeitlichen Abstimmung zum Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile spielen, so angeordnet sind, um durch eine Kurbelwelle mittels Steuerriemen (oder Steuerketten) rotierend angetrieben zu werden.
Dementsprechend wird die zeitliche Abstimmung zum Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile (welche zeitliche Abstimmung auch als Nockenwinkel bezeichnet werden kann) derart gesteuert, um gegenüber dem Kurbelwellenwinkel konstant zu bleiben, ungeachtet der Tatsache, dass die erforderliche zeitliche Abstimmung der Ventile sich in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors verändern kann.
Allerdings wurde in den letzten Jahren ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile, das ausgelegt ist, um zum Verändern oder Modifizieren der zeitlichen Abstimmung der Ventile in der Lage zu sein, für praktische Anwendungen mit Blick auf eine Verbesserung der Kraftstoffkostenleistung des Motors bei gleichzeitiger Sicherstellung einer verbesserten Abgasqualität angewendet.
Ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile dieser Art ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP H09-324 613 A offenbart.
Das in der oben genannten Veröffentlichung offenbarte Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile schließt einen variablen Mechanismus zur zeitlichen Abstimmung der Ventile (verkürzt auch als VVT Mechanismus bezeichnet) ein, der aus Schaufelrädern besteht, die jeweils rotierbar innerhalb eines Gehäuses zum Verändern der Phase (oder der Winkelposition) der Nockenwellen, die zum Betätigen der Einlassventile und der Auslassventile eingesetzt werden, angeordnet sind. Eine Beschreibung hinsichtlich der Anordnung der Schaufelräder wird später gegeben werden.
In diesem Zusammenhang sollte jedoch erwähnt werden, dass das Schaufelrad des variablen Mechanismus zur zeitlichen Abstimmung der Ventile während des Motoranlassvorganges im wesentlichen in einer Mittelposition (entsprechende Anlassposition) gehalten ist, um die relative Winkelverschiebung des Nockenwinkels gegenüber dem Kurbelwellenwinkel zu steuern oder zu regulieren und um die Steuerung oder Regulierung nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraumes zu lösen.
Um ein besseres Verständnis des Konzepts der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird zunächst eine Beschreibung bisher bekannter oder herkömmlicher Steuersysteme zur zeitlichen Abstimmung der Ventile von Verbrennungsmotoren gegeben. 11 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das allgemein und schematisch eine Konfiguration eines herkömmlichen Steuersystems für die zeitliche Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors zusammen mit mehreren Zubehörteilen des Motors zeigt.
Mit Bezug auf 11 sind zusammen mit einem Einlasskanal 4 zum Zuführen der Luft in einen innerhalb des/der Zylinder(s) des Motors 1 definierten Brennraum ein Luftfilter 2 zum Reinigen der angesaugten Luft und ein Luftmesser 3 zum Messen der Menge oder Flussrate der angesaugten Luft angeordnet. Weiterhin sind in dem Einlasskanal 4 eine Drosselklappe 5 zum Anpassen oder Regulieren der angesaugten Luftmenge (d. h. der Menge oder Flussrate der angesaugten Luft), um dadurch die Leistung des Motors 1 zu steuern, ein Leerlaufsteuerventil (vereinfacht auch als ISCV bezeichnet) 6 zum Anpassen oder Regulieren des angesaugten Luftflusses, der die Drosselklappe umgeht um hierdurch die Drehzahlsteuerung des Motors im Leerlaufbetrieb durchzuführen, und ein Benzineinspritzer 7 zum Zuführen oder Einspritzen einer Benzinmenge, die mit der angesaugten Luftmenge konform geht, eingebaut.
Zusätzlich ist innerhalb des Brennraumes des Motors 1 eine Zündkerze 8 zum Erzeugen einer Funkenentladung zum Auslösen der Verbrennung des Luftkraftstoffgemisches, das in die innerhalb des Zylinders definierte Brennkammer zugeführt ist, vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Zündkerze 8 elektrisch mit einer Zündspule 9 verbunden, die elektrische Energie mit hoher Spannung an die Zündkerze 8 liefert.
Ein Abgasrohr 10 ist zum Abführen des Abgases, das aus der Verbrennung des Luftkraftstoffgemisches innerhalb des Motorzylinders entsteht, vorgesehen. Ein O₂-Sensor 11 und ein Katalysator 12 sind in dem Abgasrohr 10 angeordnet. Der O₂-Sensor 11 dient zum Ermitteln des in dem Abgas enthaltenen Restgehaltes an Sauerstoff.
Der katalytische Umwandler oder Katalysator 12, der durch einen an sich bekannten Dreiwegekatalysator gebildet ist, ist in der Lage, simultan schädliche Gaskomponenten wie HC (Kohlenwasserstoff), CO (Kohlenmonoxyd) und NOx (Stickoxyde), die in dem Abgas enthalten sind, zu beseitigen.
Eine zum Ermitteln des Kurbelwinkels ausgelegte Sensorplatte 13 ist auf einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) montiert, um mit dieser zu rotieren. Die Sensorplatte 13 ist mit einem Vorsprung (nicht dargestellt) in einem vorbestimmten Kurbelwinkel auf deren äußeren Umfang vorgesehen.
Ein Kurbelwinkelsensor 14 ist in einer diametral gegenüberliegenden Position zu dem äußeren Umfang der Sensorplatte 13 installiert, um die Winkelposition der Kurbelwelle in Zusammenwirken mit der Sensorplatte 13 zu ermitteln. Somit kann der Kurbelwinkelsensor 14 ein elektrisches Anzeigesignal des Kurbelwinkels, das heißt das Kurbelwinkelsignal, erzeugen, jedesmal wenn der Vorsprung der Sensorplatte 13 den Kurbelwinkelsensor 14 passiert. Auf diese Weise kann die Rotationsposition oder Winkelposition (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle ermittelt werden.
Der Motor 1 ist mit Ventilen ausgestattet, um das Einlassrohr 4 und das Auslassrohr 10 in Kommunikation miteinander zu bringen, wobei die zeitliche Abstimmung zum Betreiben der Einlass- oder Auslassventile durch die Nockenwellen bestimmt wird, welche mit der halben Geschwindigkeit derjeniger der Kurbelwelle rotiert werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
Stellantriebe 15 und 16 zum anpassenden Einstellen der Nockenphasen sind dazu ausgelegt, die zeitliche Abstimmung zum Betätigen oder Antreiben der Einlass- bzw. Auslassventile zu verändern.
Genauer gesagt weisen beide Stellantriebe 15 und 16 eine verzögernde hydraulische Kammer und eine vorschiebende hydraulische Kammer auf, die voneinander (wie später beschrieben) getrennt sind, um die Rotations- oder Winkelpositionen (Phasen) der Nockenwellen 15c bzw. 16c gegenüber der Kurbelwelle zu verändern oder zu variieren.
Nockenwinkelsensoren 17 und 18 sind in Positionen diametral gegenüber dem äußeren Umfang von Nockenwellen-Winkeldetektorplatten (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Winkelpositionen der Nocken (das heißt die Nockenwinkel oder -Phasen) durch Zusammenwirken mit der Sensorplatte zu ermitteln. Genauer gesagt ist jeder der Nockenwinkelsensoren 17 und 18 zum Erzeugen eines Pulssignals (das heilt eines Nockenwinkelsignals) ausgelegt, welches den Nockenwinkel in Antwort auf einen Vorsprung, der auf dem äußeren Umfang der zugehörigen Nockenwinkel-Detektorsensorplatte gebildet ist, in ähnlicher Weise wie der vorstehend beschriebene Kurbelwinkelsensor 14 anzeigt. Auf diese Weise ist es möglich, die Nockenwinkel (oder Winkelpositionen der Nockenwellen) zu ermitteln.
Ölsteuerventile (verkürzt auch als OCV bezeichnet) 19 und 20 bilden im Zusammenwirken mit Ölpumpen (nicht dargestellt) hydraulische Druckversorgungseinheiten und dienen zu Steuern oder Regulieren des an die einzelnen Stellantriebe 15 und 16 gelieferten hydraulischen Drucks, um dadurch die Nockenphasen zu steuern. Die Ölpumpe ist dazu ausgelegt, Öl unter einem vorbestimmten hydraulischen Druck zu fördern.
Eine elektronische Steuereinheit (vereinfacht auch als ECU bezeichnet) 21, die durch einen Mikrocomputer oder Mikroprozessor gebildet sein kann, dient als Steuereinrichtung des Verbrennungsmotorsystems. Die ECU 21 dient unter anderem zum Steuern der Benzineinspritzer 7 und der Zündkerzen 8 sowie der Nockenphasen (Winkelphasen der Nocken) der Stellantriebe 15 und 16 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors, wie sie von den verschiedenen Sensoren wie dem Luftmesser 3, dem O₂-Sensor 11, dem Kurbelwinkelsensor 14 und den Nockenwinkelsensoren 17 und 18 ermittelt werden.
Darüber hinaus ist in Verbindung mit der Drosselklappe 5 ein Drosselklappen-Positionssensor (in der Figur nicht dargestellt) zum Ermitteln des Öffnungsgrades der Drosselklappe vorgesehen, während ein Wassertemperatursensor für den Motor 1 zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers vorgesehen ist. Der ermittelt Öffnungsgrad der Drosselklappe und die ermittelte Kühlwassertemperatur werden ebenso in die ECU 21 eingegeben wie die Informationen, welche den Betriebszustand des Motors 1 kennzeichnen, ähnlich zu den verschiedenen oben genannten Sensorinformationen.
Nachfolgend wird der herkömmliche Motorsteuerungsbetrieb, der durch das in der 11 dargestellte Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile des Standes der Technik durchgeführt wird, beschrieben. Zunächst misst der Luftmesser 3 die Luftmenge (Flussrate der angesaugten Luft), die dem Motor 1 zugeführt wird, wobei die Ausgabe des Luftmessers 3 an die ECU 21 als Information, welche den Betriebszustand des Motors kennzeichnet, gegeben wird.
Die elektronische Steuereinheit oder ECU 21 bestimmt arithmetisch die Kraftstoffmenge, welche der gemessenen Luftmenge entspricht, um dementsprechend den Benzineinspritzer 7 anzutreiben oder zu betätigen. Gleichzeitig steuert die ECU 21 die Zeitdauer für die elektrische Anregung der Zündspule 18 sowie die zeitliche Abstimmung für deren Unterbrechung, um dadurch eine Funkenentladung an der Zündkerze 8 zu erzeugen, um zu einem geeigneten Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in der innerhalb des Motorzylinders gebildeten Brennkammer geladen ist, zu entzünden.
Andererseits dient die Drosselklappe 5 zum Einstellen oder Regulieren der Menge angesaugter Luft, die zu dem Motor gefördert wird, um dadurch entsprechend das durch den Motor 1 erzeugte Drehmoment bzw. die durch den Motor erzeugte Kraft zu steuern. Das durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Zylinder des Motors 1 erzeugte Abgas wird durch das Abgasrohr 10 abgeführt.
In diesem Fall wandelt der Katalysator 12, der innerhalb des Abgasrohrs 10 in einer mittleren Position davon angeordnet ist, die in dem Abgas enthaltenen schädlichen Stoffe wie Kohlenwasserstoff (HC) (nicht verbrannter Kraftstoff), Kohlenmonoxyd (CO) und Stickoxyde (NOx) in unschädliche Kohlendioxyde und Wasser (H₂O) um. Auf diese Weise wird das Motorabgas gereinigt.
Um die maximale Reinigungseffizienz des Dreiwegekatalysators 12 verfügbar zu machen, ist der O₂-Sensor 11 in Verbindung mit dem Abgasrohr 10 installiert, um die Menge des in dem Abgas enthaltende Restsauerstoffs zu ermitteln. Das Ausgabesignal des O₂-Sensors 11 wird in die ECU 21 eingegeben, welche darauf reagiert, indem sie in einer Feedbackschleife die durch den Kraftstoffeinspritzer 7 eingespritzte Menge an Kraftstoff reguliert, so dass das zu verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch das stoichiometrische Verhältnis annimmt.
Zusätzlich steuert die ECU 21 die Stellantriebe 15 und 16 (welche Teile des variablen Mechanismus zur zeitlichen Abstimmung der Ventile bilden) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors, um die zeitliche Abstimmung, mit welcher die Einlass- oder Auslassventile anzutreiben oder zu betätigen sind, zu regulieren.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 12 und 13 konkret der Phasenwinkelsteuerbetrieb, der für die Nockenwellen 15c und 16c durch das herkömmliche Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors durchgeführt wird, beschrieben.
Übrigens wird in dem Fall eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit fester zeitlicher Abstimmung der Ventile (nicht dargestellt) das Drehmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwellen durch Steuerriemen (Steuerketten) und Getriebemechanismen übertragen, welche Rollen und Zähne einschließen und zum Betrieb mit den Nockenwellen zum Rotieren mit den Rollen gekoppelt sind.
Demgegenüber sind in dem Fall eines Verbrennungsmotors, der mit einem variablen Mechanismus für die zeitliche Abstimmung der Ventile ausgestattet ist, die Stellantriebe vorgesehen, welche zum Verändern der relativen Winkelposition zwischen der Kurbelwelle und den Nockenwellen anstelle der oben genannten Relief und Zähne ausgelegt sind.
12 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel [°CA] und dem Ventilhub (welcher den Grad der Ventilöffnung [mm] anzeigt und nachfolgend auch als Ventilöffnungsgrad bezeichnet wird). In der Figur wird der obere Totpunkt im Verdichtungstakt des Zylinders mit dem Bezugszeichen TDC bezeichnet.
In 12 stellt eine strichpunktierte Linie die Veränderung des Ventilhubes, der in dem am meisten verzögerten Zustand mechanisch begrenzt ist, dar, eine gestrichelte Linie stellt die Veränderung des Ventilhubes, der in dem meisten vorgeschobene mechanisch begrenzt ist, dar, und eine durchgezogene Linie stellt die Veränderung des Ventilhubes in einem verriegelten Zustand, der durch einen Verriegelungsmechanismus (der nachfolgend beschrieben wird) eingestellt wird, dar.
Unter Bezugnahme auf 12 ist zu beachten, dass die Maximalposition des Ventilhubes auf der verzögerten Seite (rechte Seite bei Betrachten der Figur) mit Bezug auf den oberen Totpunkt (TDC) der vollständig geöffneten Position des Einlassventils entspricht, während die Maximalposition des Ventilhubes auf der vorgeschobenen Seite (linke Seite bei Betrachten der Figur) der vollständig geöffneten Position des Auslassventils entspricht.
Dementsprechend stellt der Unterschied in dem Kurbelwinkel zwischen den Maxima auf der verzögerten Seite und der vorgeschobenen Seite (das heißt der Unterschied zwischen der strichpunktierten Linie und der gestrichelten Linie) den Bereich dar, in welchem die zeitliche Abstimmung der Ventile verändert werden kann (das heißt der einstellbare Bereich der zeitlichen Abstimmung der Ventile). In anderen Worten kann die zeitliche Abstimmung der Ventile innerhalb des Kurbelwinkelbereiches verändert oder eingestellt werden, der zwischen der strichpunktierten Linie und der gestrichelten Linie sowohl während des Ansaug- als auch während des Ausstoßbetriebes definiert ist.
13 ist ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen der Phasenbeziehung oder zeitlichen Beziehung zwischen dem Ausgabepulssignal des Kurbelwinkelsensors 14 einerseits und demjenigen des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 andererseits. Genauer gesagt sind in 13 die Ausgabepulssignale des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 sowohl in den am meisten verzögerten Zustand als auch in dem am meisten vorgeschobenen Zustand im Vergleich zu der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors dargestellt.
In diesem Zusammenhang sollte hinzugefügt werden, dass die Phasenposition des Ausgabesignals des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 gegenüber dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 14 (d. h. das Kurbelwinkelsignal) in Abhängigkeit von den Positionen, in welchem die Nockenwinkelsensoren 17 und 18 montiert sind, unterschiedlich wird.
Auch sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass ein Verzögern der zeitlichen Abstimmung der Ventile bedeutet, dass die zeitliche Abstimmung des Beginns der Ventilöffnung sowohl der Einlass- als auch der Auslassventile gegenüber (oder in Bezug auf) den Kurbelwinkel verzögert wird, während ein Vorschieben der zeitlichen Abstimmung der Ventile bedeutet, dass die zeitliche Abstimmung des Ventilöffnungsbeginns beider Ventile gegenüber dem Kurbelwinkel vorgeschoben wird.
Die zeitliche Abstimmung des Öffnungsbeginns der Einlassventile und Auslassventile kann verändert oder modifiziert werden durch die Stellantriebe 15 und 16, welche Teile des variablen Mechanismus zur zeitlichen Abstimmung der Ventile darstellen, um dadurch so gesteuert zu werden, um eine gegebene verzögerte Position oder vorgeschobene Position innerhalb des oben genannten einstellbaren oder variablen Bereiches zur zeitlichen Abstimmung der Ventile, welcher vorstehend unter Bezugnahme auf 12 erwähnt wurde, einzunehmen.
14 bis 16 sind Ansichten, welche interne Strukturen der Stellantriebe 15 und 16 zeigen, welche im wesentlichen eine identische Struktur besitzen. Genauer gesagt zeigt 14 dieselbe in einem Zustand, in welchem die Nockenphase in die am meisten verzögerte Position (entsprechend dem durch die strichpunktierte Linie in 12 angedeuteten Zustand) eingestellt ist, 15 zeigt dieselbe in einem Zustand, in welchem die Nockenphase in die verriegelte Position (entsprechend dem durch die durchgezogene Linie in 12 angedeuteten Zustand) eingestellt ist, und 16 zeigt dieselbe in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die am meisten vorgeschobene Position (entsprechend dem durch die gestrichelte Linie in 12 angedeuteten Zustand) eingestellt ist.
Bezugnehmend auf 14, 15 und 16 weist jeder der Stellantriebe 15 und 16 auf ein Gehäuse 151, welches rotierbar in der durch einen Pfeil angegebene Richtung ist, ein Schaufelrad 152, welches zusammen mit dem Gehäuse 151 rotierbar ist, eine verzögernde hydraulische Kammer 153 und eine vorschiebende hydraulische Kammer 154, welche beide innerhalb des Gehäuses 151 definiert sind, einen Verriegelungsstift 155 und eine Feder 156, welche ebenso innerhalb des Gehäuses 151 vorgesehen sind, und Verriegelungsaussparungen 157, die in dem Schaufelrad 152 gebildet sind.
Kraft oder Drehmoment wird von der Kurbelwelle über den Riemen-/Rollen-Aufbau (nicht dargestellt) auf das Gehäuse 151 übertragen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit um einen Faktor 0,5 reduziert ist.
Die Position (Phasenposition) des Schaufelrades 152 wird veranlasst, sich innerhalb des Gehäuses 151 in Antwort auf den hydraulischen Druck, der selektiv an die verzögernde hydraulische Kammer 153 oder die vorschiebende hydraulische Kammer 154 geliefert wird, zu verändern.
Der Betriebsbereich des Schaufelrades 152 wird durch die verzögernde hydraulische Kammer 153 und die vorschiebende hydraulische Kammer 154 bestimmt oder definiert.
Die Feder 156 zwängt den Verriegelungsstift 155 elastisch in hervorstehender Richtung, während die Verriegelungsaussparung 157 in einer vorbestimmten Verriegelungsposition des Schaufelrades gebildet ist, so dass die Aussparung 157 der Spitze des Verriegelungsstiftes 155 gegenüberliegt.
Übrigens ist eine Ölzufuhröffnung (nicht dargestellt) in der Verriegelungsaussparung 157 gebildet, durch welche das hydraulische Medium (z. B. in diesem Fall Öl) austauschbar von entweder der verzögernden hydraulischen Kammer 153 oder der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154, in welcher gerade eine höherer hydraulischer Druck vorherrscht, zugeführt wird.
Die Schaufelräder 152, die zum Betrieb innerhalb der verzögernden hydraulischen Kammer 153 und hervorschiebenden hydraulischen Kammer 154 (d. h. dem Betriebsbereich des Schaufelrades) ausgelegt sind und in die Winkelposition oder Phase gebracht sind, sind zum Betrieb mit den Nockenwellen 15c und 16c zum Antreiben der Einlass- oder Auslassventile der Motorzylinder gekoppelt.
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt ist der Stellantrieb 16 auf der Auslassseite mit einer Feder ausgestattet, um das Schaufelrad 152 elastisch zu zwängen, so dass es die vorgeschobene Position entgegen der Reaktionskraft der Nockenwelle 16c einnehmen kann.
Die Stellantriebe 15 und 16 werden unter dem hydraulischen Druck eines Schmieröls des Motors 1 angetrieben, welches durch die Ölsteuerventile 19 und 20 zugeführt wird. Zum Steuern der Nockenwinkelphasen der Stellantriebe 15 und 16 in einer in 14 bis 16 dargestellten Weise wird die Ölmenge (d. h. der hydraulische Druck), der den Stellantrieben 15 und 16 zugeführt wird, gesteuert.
Beispielsweise kann eine Einstellung der Nockenwinkelphase in die am meisten verzögerte Position, wie in 14 dargestellt, durch Zuführen von Öl in die verzögernde hydraulische Kammer 153 erzielt werden. Demgegenüber kann die Einstellung der Nockenwinkelphase auf die am meisten vorgeschobene Position, wie in 16 dargestellt, durch Zuführen von Öl in die vorschiebende hydraulische Kammer 154 erzielt werden.
Die Ölsteuerventile 19 und 20 dienen zum Auswählen entweder der verzögernden hydraulischen Kammer 153 oder der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 für die Ölzufuhr. 17, 18 und 19 zeigen in seitlichen Schnittansichten die interne Struktur der Ölsteuerventile 19 und 20, welche im wesentlichen identisch ausgeführt sind.
Mit Bezug auf 17 bis 19 weist jedes Ölsteuerventil 19 und 20 ein zylindrisches Gehäuse 191, einen gleitend innerhalb des Gehäuses angeordneten Spulenträger 192, eine Zylinderspule 193 zum kontinuierlichen Antreiben des Spulenträgers 192 und eine Feder 194 zum elastischen Zwängen des Spulenträgers 192 in Rückstellrichtung, auf.
Das Gehäuse 191 ist mit einer Öffnung 195 versehen, welche hydraulisch mit einer Pumpe (nicht dargestellt) verbunden ist, sowie mit Öffnungen 196 und 197 versehen, welche hydraulisch mit den Stellantrieben 15 oder 16 verbunden sind, und mit Abflussöffnungen 198 und 199 versehen, welche eine Flüssigkeitsverbindung mit einer Ölwanne besitzen.
Die Öffnung 196 kann mit der verzögernden hydraulischen Kammer 163 des Stellantriebes 15 oder mit der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 16 verbunden sein. Andererseits kann die Öffnung 197 mit der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 15 oder der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebes 16 verbunden sein.
Die Öffnungen 196 und 197 werden selektiv in Verbindung mit der Ölzufuhröffnung 195 gebracht in Abhängigkeit von der Axialposition des Spulenträgers 192 (d. h. die Position des Spulenträgers in dessen Längsrichtung). In dem in 17 dargestellten Zustand ist die Öffnung 195 in Verbindung gebracht mit der Öffnung 196, während in 19 die Öffnung 195 in Verbindung mit der Öffnung 197 gebracht ist.
In ähnlicher Weise werden die Abflussöffnungen 198 und 199 selektiv in Verbindung mit den Öffnungen 197 und 196 in Abhängigkeit von der Axialposition des Spulenträgers 192 gebracht. In dem in 17 dargestellten Zustand ist die Öffnung 197 mit der Öffnung 198 in Verbindung, während in 19 die Öffnung 196 mit der Öffnung 199 in Verbindung ist.
Der in der Verriegelungsöffnung 157 gebildete Ölzufuhranschluss ist so angeordnet, um mit Öl versorgt zu werden, wenn die Ölsteuerventile 19 und 20 in dem elektrisch angetriebenen Zustand sind (siehe 19). Genauer gesagt wird, wenn der auf die Verriegelungsaussparung 157 aufgebrachte hydraulische Druck die Federkraft der Feder 156 übersteigt, der Verriegelungsstift 155 aus der Verriegelungsaussparung 157 herausgeschoben, wodurch der verriegelte Zustand gelöst wird.
17 zeigt den Zustand, in welchem der elektrische Strom, der durch das Solenoid oder die Spule 193 fließt, einen Minimalwert einnimmt und somit die Feder 194 im maximalen Ausmaß ausgedehnt oder entspannt ist.
Unter der Annahme, dass das in 17 dargestellte Ölsteuerventil als Ölsteuerventil 19 der Einlassseite dient, fließt das von der Pumpe gelieferte hydraulische Medium oder Öl über die Öffnung 195 in die verzögernde hydraulische Kammer 153 des Stellantriebes 15, wodurch der Stellantrieb 15 in den in 14 veranschaulichten Zustand umgestellt wird.
Dementsprechend ist das in der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 15 verbleibende Öl gezwungen, durch die Öffnung 197 auszufließen, um schließlich über die Öffnung 198 in die Ölwanne entladen zu werden.
Andererseits ist die Situation unter der Annahme, dass das in 17 dargestellte Ölsteuerventil als Ölsteuerventil 20 auf der Auslassseite dient, umgekehrt. So fließt das von der Pumpe gelieferte hydraulische Medium oder Öl 196 in die vorschiebende hydraulische Kammer 154 des Stellantriebes 16, wodurch der Stellantrieb 16 in den in 16 dargestellten Zustand eingestellt wird.
In diesem Fall wird das in der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebes 16 enthaltene Öl zwangsweise über die Öffnungen 197 und 198 in die Ölwanne entladen.
Dank des oben unter Bezug auf 17 beschriebenen hydraulischen Kreises kann eine Ventilüberdeckung auf ein Minimum unterdrückt werden, selbst bei Auftreten eines Versagens wie einem Ausfall elektrischer Stromzufuhr an die Ölsteuerventile 19 und 20, die auf der Einlassseite bzw. Auslassseite angeordnet sind, infolge Kabelbruchs oder dergleichen. Dieses Merkmal ist vorteilhaft hinsichtlich Sicherstellung einer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Motorausfall.
In 19 ist der Zustand veranschaulicht, in welchem der durch die Spule 193 fließende Strom einen Maximalwert annimmt und somit die Feder um eine maximale Länge zusammengedrückt ist.
Beispielsweise unter der Annahme, dass das in 19 dargestellte Ölsteuerventil als auf der Einlassseite eingebautes Ölsteuerventil 19 dient, wird das von der Pumpe geförderte Öl veranlasst, in die vorschiebende hydraulische Kammer 154 des Stellantriebes 15 über die Öffnung 197 zu fließen, während das Öl in der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebes 15 über die Öffnungen 186 und 199 entladen wird.
Andererseits wird in dem Fall, in welchem das in 19 dargestellte Ölsteuerventil als Ölsteuerventil 20 auf der Auslassseite dient, das von der Pumpe zugeführte Öl veranlasst, in die verzögernde hydraulische Kammer 153 des Stellantriebes 16 über die Öffnung 197 zu fließen, während das Öl in der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 16 über die Öffnungen 196 und 199 entladen wird.
18 zeigt den Zustand, welcher der Endposition oder Verriegelungsposition (Mittelposition) der Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile entspricht. In diesem Zustand sind die Schaufelräder 152 der Stellantriebe 15 bzw. 16 in den gewünschten Positionen (siehe den in 15 veranschaulichten Zustand).
In dem in 18 dargestellten Zustand ist die auf der Ölzufuhrseite vorgesehene Öffnung 195 nicht direkt mit den Öffnungen 196 oder 197, welche auf der Stellantriebsseite vorgesehen sind, verbunden. Allerdings wird infolge Öllecken Öl an die Ölzufuhröffnung der Verriegelungsaussparung 157 (siehe 15) gefördert.
Dementsprechend kann, selbst wenn sich das Schaufelrad 152 in der Verriegelungsposition befindet, eine Situation entstehen, in welcher der hydraulische Druck, der durch Lecköl auf die Ölzufuhröffnung aufgebracht wird, die Federkraft der Feder 156 überwindet (d. h. den vorbestimmten hydraulischen Druckwert zum Lösen der Verriegelung überschreitet). In diesem Fall wird der Verriegelungsstift 155 veranlasst, sich aus der Verriegelungsaussparung 157 zu lösen, was es dem Schaufelrad 152 erlaubt, sich innerhalb des Gehäuses 151 zu bewegen.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass der oben genannte vorbestimmte hydraulische Druck zum Lösen der Verriegelung auf einen erforderlichen Minimalwert eingestellt werden kann.
Darüber hinaus können die Positionen (Phasen) der Schaufelräder 152 der Stellantriebe 15 und 16, welche zum Bestimmen der zeitlichen Abstimmung der Ventile dienen, näherungsweise gesteuert werden durch Ermitteln der Schaufelradposition mit Hilfe der Nockenwinkelsensoren 17 und 18.
Die Nockenwinkelsensoren 17 und 18 sind in Positionen angebracht, welche es diesen Sensoren ermöglichen, die Relativposition zwischen der Kurbelwelle einerseits und den Nockenwellen 15c und 16c andererseits zu ermitteln.
Mit Bezug auf 19 wird die Phasendifferenz gegenüber dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors in der Position, in welcher die zeitliche Abstimmung der Ventile am meisten vorgeschoben ist (siehe gestrichelte Linie in 13) mit A bezeichnet, während die Phasendifferenz gegenüber dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors in der Position, in welcher die zeitliche Abstimmung der Ventile am meisten verzögert ist (siehe strichpunktierte Linie in 13) mit B bezeichnet ist.
Die ECU 21 ist so ausgelegt oder programmiert, um die Feedbacksteuerung so durchzuführen, dass die ermittelte Phasendifferenz A oder B mit einem gewünschten Wert zusammenfällt, wodurch die Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile in vorgegebenen Positionen durchgeführt wird.
Genauer gesagt wird beispielsweise angenommen, dass auf der Einlassseite die ermittelte Position des Nockenwinkelsensors 17 gegenüber der ermittelten zeitlichen Abstimmung des Kurbelwinkelsensors 14 mit Bezug auf die gewünschte Position, die arithmetisch durch die ECU 21 bestimmt wird, verzögert ist. In diesem Fall muss die ermittelte Position (die ermittelte zeitliche Abstimmung) des Nockenwinkelsensors 17 in die gewünschte Position vorgeschoben werden. Zu diesem Zweck wird die Menge elektrischen Stromes, der durch die Spule 193 des Ölsteuerventils 19 fließt, in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der ermittelten Position und der gewünschten Position reguliert, um dadurch entsprechend den Spulenträger 192 zu steuern.
Darüber hinaus wird in dem Fall, in welchem der Unterschied zwischen der gewünschten Position und der ermittelten Position groß ist, die Menge elektrischen Stromes, der an die Spule 193 des Ölsteuerventils 119 gefördert wird, erhöht, um ein schnelles Erreichen der gewünschten Position zu ermöglichen.
Daraus ergibt sich, dass der Öffnungsgrad der Öffnung 197, welche mit der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 115 verbunden ist, erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Ölmenge, welche an die vorschiebende hydraulische Kammer 154 gefördert wird, führt.
Anschließend wird, sobald sich die ermittelte Position der gewünschten Position annähert, die Stromzufuhr an die Spule 193 des Ölsteuerventils 19 vermindert, so dass die Position des Spulenkörpers 192 des Ölsteuerventils 19 sich dem in 18 dargestellten Zustand annähert.
Zu dem Zeitpunkt, in welchem Übereinstimmung zwischen der ermittelten Position und der gewünschten Position festgestellt wird, wird die elektrische Stromzufuhr an die Spule 193 so gesteuert, dass der Ölflusspfad, der zu der verzögerten hydraulischen Kammer 153 und der vorschiebenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebes 15 führt, unterbrochen wird, wie in 18 dargestellt ist.
Gelegentlich kann die gewünschte Position in dem gewöhnlichen Motorbetrieb (z. B. dem nach dem Warmlaufbetrieb folgenden Laufzustand) so eingestellt oder etabliert sein, dass eine optimale zeitliche Abstimmung der Ventile in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand erzielt werden kann, indem beispielsweise zuvor zweidimensionale Datenwerte, die entsprechend den Betriebszuständen (beispielsweise Motordrehzahlen und Motorbelastungen) experimentell erhalten worden sind in, Nurlese-Speichern oder ROM, die in der ECU 21 enthalten sind, gespeichert werden.
Andererseits ist in der Motoranlassbetriebsart die Drehzahl der Ölpumpe, die durch den Motor 1 angetrieben wird, nicht ausreichend hoch. Dementsprechend ist auch die Menge des an den Stellantrieb 15 gefärderten Öls unzureichend. Somit wird die Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile in die vorgeschobene Position durch Steuern des hydraulischen Drucks wie vorstehend beschrieben praktisch unmöglich.
Unter diesen Umständen muss ein Rütteln oder Flattern des Schaufelrades 152 infolge eines Mangels an hydraulischem Druck durch Ineingriffbringen des Verriegelungsstiftes 155 mit der Verriegelungsaussparung 157 wie in 15 veranschaulicht verhindert werden.
In diesem Fall wird, wenn das Einlassventil ausgeprägt verzögert eingestellt ist (d. h. wenn die zeitliche Abstimmung der Ventile überverzögert ist), die tatsächliche Kompressionsrate vermindert, während ein übermäßiges Vorschieben der Einstellung der Einlassventile (d. h. übermäßiges Vorschieben der zeitlichen Abstimmung der Ventile) zu einer Erhöhung der Zeitdauer, in welcher die Einlassventile und die Auslassventile einander überdecken, führen wird. Mit anderen Worten wird über verzögerte oder über vorgeschobene Einstellung der Einlassventile zu einer Erhöhung der Pumpenverluste führen.
Gewiss kann die überverzögernde oder übervorschiebende Einstellsteuerung der Einlassventile gewinnbringend zum Erhöhen der Drehzahlen während des Motoranlassbetriebes (zum Beispiel beim Anlassen) und beim Auslösen der Initialzündung eingesetzt werden. Allerdings ist, weil die Verbrennung im wesentlichen unangemessen ist, eine vollständige Verbrennung oder Explosion schwierig zu verwirklichen.
Andererseits wird eine Überverzögerung der Einstellung der Auslassventile zu einer Erhöhung der Überdeckungsperiode führen, während welcher die Einlassventile und die Auslassventile miteinander überdeckt sind, ähnlich zu dem Fall, in welchem der Betrieb der Einlassventile ausgeprägt nach vorne geschoben ist. Im Gegensatz hierzu wird ein übermäßiges Vorschieben der Einstellung der Auslassventile zu einer Absenkung der tatsächlichen Expansionsrate führen, was es unmöglich macht, die Verbrennungsenergie ausreichend auf die Kurbelwelle zu übertragen.
Wie aus dem obigen ersichtlich wird, kann eine überverzögerte oder übervorgeschobene Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile während des Motoranlassbetriebes oder unmittelbar danach ungewollt zu einer Verschlechterung der Motoranlassleistung oder im schlimmsten Fall dazu führen, dass der Motor nicht angelassen werden kann.
Daher ist, um die oben genannten Probleme während des Motoranlassbetriebes zu lösen, das Schaufelrad 152 fest in der Verriegelungsposition (d. h. näherungsweise in einer Mittelposition der am meisten verzögerten Position und der am meisten vorgeschobenen Position) eingestellt durch Ineingriffbringen des Verriegelungsstiftes 155 in die Verriegelungsaussparung 157, wie in 15 dargestellt.
In diesem Fall wird, da der hydraulische Druck des Schmieröls im Anschluss an den Anlassbetrieb des Motors mit der Motordrehzahl anwächst, hydraulischer Druck den Stellantrieben 15 und 16 aufgrund des vorstehend beschrieben Ölleckens zugeführt, selbst in dem Zustand, in welchem der Spulenträger 192 sich in der in 18 gezeigten Position befindet.
Unter solchen Umständen wird, wenn der auf die Verriegelungsaussparung 157 aufgebrachte hydraulische Druck die Federkraft der Feder 156 überwindet, der Verriegelungsstift 155 veranlasst, sich aus der Verriegelungsaussparung 157 zu lösen, was es dem Schaufelrad 152 ermöglicht, sich zu bewegen.
Daher kann durch Steuern der Ölsteuerventile 19 und 20 nach dem Lösen der an die verzögernde hydraulische Kammer 153 und die vorschiebende hydraulische Kammer 154 geförderte hydraulische Druck reguliert werden, wodurch eine verzögernde oder verschiebende Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile durchgeführt werden kann.
In diesem Fall, insbesondere im Bereich hoher Drehzahlen des Motors 1, wird die zeitliche Abstimmung der Ventile so gesteuert, um in Vergleich zu den Motoranlassbetrieb mehr verzögert zu sein mit dem Zweck, den Ansauginitialeffekt sowie eine Verbesserung der volumetrischen Effizienz und somit der Ausgangsleistung des Motors zu verwirklichen.
Wie aus dem vorstehenden ersichtlich wird, sind während des Motoranlassbetriebes die Verriegelungsstifte 155 der Stellantriebe 15 und 16 näherungsweise in einer Mittelposition zwischen der am meisten verzögerten Position und der am meisten vorgeschobenen Position verriegelt, um eine Verbesserung der Motoranlassleistung zu erzielen. Andererseits wird, sobald der Motorbetrieb nach dem Lösen des Verriegelungsmechanismus gestartet worden ist, die zeitliche Abstimmung der Ventile so gesteuert, um insbesondere im Bereich hoher Drehzahlen des Motors verzögert zu sein.
Allerdings wurden in dem herkömmlichen Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors technische Aspekte wie die Verbesserung der Abgasqualität und der Fortschritt des Temperaturanstiegs des Katalysators nicht berücksichtigt.
Das herkömmliche Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors ist wie oben beschrieben aufgebaut. Während des Motoranlassbetriebes nimmt das Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile im wesentlichen eine Mittelposition zwischen einer am meisten vorgeschobenen Position und einer am meisten verzögerten Position durch den Verriegelungsmechanismus des Stellantriebes ein und verbessert dadurch die Anlassleistung des Verbrennungsmotors. Nachdem der Motorbetrieb gestartet worden ist, wenn der Verriegelungsmechanismus gelöst worden ist, verbessert das Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors durch Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile hin zu einem mehr verzögerten Zustand als in dem Anlassbetrieb, insbesondere im Bereich hoher Drehzahlen.
Darüber hinaus beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift JP H11-210 424 A , dass nachdem der Verriegelungsstift gelöst ist, eine Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile eine Feedbacksteuerung ausführt, um die Übereinstimmung eines ermittelten Vorschubwinkelbetrages mit einen angestrebten Vorschubwinkelbetrag herbeizuführen.
Auf der Einlassseite, wenn der ermittelte Vorschubwinkelbetrag in einem mehr verzögerten Zustand als der angestrebte Vorschubwinkelbetrag ist, steuert das Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile die OCVs 19 und 20, um Öl an die vorschiebende hydraulische Kammer des Stellantriebes zu fördern, um die zeitliche Abstimmung der Ventile vorzuschieben. Daraus ergibt sich, dass die OPCVs in der Lage sind, den Spulenträger 192 erfolgreich zu steuern, um diesen wie in 19 dargestellt durch eine Menge anregenden Stromes auf die Spule 193 in eine beliebige Position einzustellen, und dadurch erfolgreich eine von einer Ölpumpe zu den Stellantrieben 15 und 16 zu fördernde Ölmenge zu steuern.
Wenn der ermittelte Vorschubwinkelbetrag in einem mehr vorgeschobenen Zustand ist als der angestrebte Vorschubwinkelbetrag, steuert das Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile die OCVs, um Öl an die verzögernde hydraulische Kammer des Stellantriebes wie in 17 dargestellt zu fördern, so dass die zeitliche Abstimmung der Ventile verzögert wird. Darüber hinaus, wenn der ermittelte Vorschubwinkelbetrag im wesentlichen mit dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag übereinstimmt, steuert das Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile so, dass sowohl die vorschiebende hydraulische Kammer 154 als auch die verzögernde hydraulische Kammer 153 in Positionen zum Blockieren eines Durchgangs wie in 18 dargestellt eingestellt werden.
Wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag sich in einer Stiftverriegelungsposition befindet, ist der Verriegelungsstift 155 in der Verregelungsaussparung 157 angeordnet und die meisten Durchgänge der OCVs 19 und 20 sind blockiert. Somit, da der hydraulische Druck stark abfällt und der auf den Verriegelungsstift 155 aufgebrachte hydraulische Druck ebenso abnimmt, ist der Verriegelungsstift 155 in der Verriegelungsaussparung 157 verriegelt, wenn eine durch den hydraulischen Druck auf den Verriegelungsstift 155 aufgebrachte Kraft geringer wird als eine Federkraft.
In dem Fall, in welchem eine integrale Steuerung ausgeführt wird, um eine Übereinstimmung des ermittelten Vorschubwinkelbetrages mit dem angestrebten Vorschubwinkelbetrages herbeizuführen, wird der ermittelte Vorschubwinkelbetrag durch den Verriegelungsstift 155 verriegelt, falls es nur eine geringfügige Differenz zwischen der Stiftverriegelungsposition und dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag gibt, wenn der Verriegelungsstift 155 verriegelt ist. Daher bewegt sich der ermittelte Vorschubwinkelbetrag nicht trotz der Tatsache, dass ein integrierter Wert erhöht oder vermindert wird, und der integrierte Wert wird erhöht oder vermindert innerhalb der Grenzen eines Steuerbereichs. Wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag sich verändert und es angestrebt ist, den ermittelten Vorschubwinkelbetrag der Veränderung folgen zu lassen, kann der ermittelte Vorschubwinkelbetrag möglicherweise nicht in der Lage sein, dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag umgehend zu folgen, weil ein Steuerwert divergiert.
Darüber hinaus, wenn Durchgänge zu den Stellantrieben der OCVs gesichert sind und ein hydraulischer Druck auf den Verriegelungsstift 155 einen ausreichenden hydraulischen Druck erreicht, um die Verriegelung zu lösen, bevor der integrierte Wert die Grenze des Steuerbereichs erreicht, wird der Verriegelungsstift gelöst und ein Steuerbetrag weicht aufgrund einer Bewegung des integrierten Wertes an diesem Punkt stark ab. Daher kann der ermittelte Vorschubwinkelbetrag simultan mit dem Lösen des Verriegelungsstiftes stark von dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag abweichen.
Die nicht vorveröffentlichte DE 101 47 670 A1 betrifft ein Steuersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zum Lösen der oben genannten und anderer Nachteile des Standes der Technik, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, mit dem eine Divergenz eines Steuerbetrages und ein unerwartetes Lösen eines Verriegelungsstiftes in dem Fall, in welchem ein angestrebter Vorschubwinkelbetrag oder ein ermittelter Vorschubwinkelbetrag gesteuert wird, um im wesentlichen auf eine Stiftverriegelungsposition eingestellt zu werden, verhindert wird, und mit dem gleichzeitig verhindert wird, dass ein ermittelter Vorschubwinkelbetrag von einem angestrebten Vorschubwinkelbetrag abweicht, selbst in dem Fall, in welchem ein Verriegelungsstift mit einem abweichenden Steuerbetrag gelöst wird, wodurch eine Verminderung der Motorleistung beseitigt wird, um eine Verminderung der Fahreigenschaften, der Kilometerleistung, der Abgasleistung oder dergleichen zu verhindern.
Angesichts der obigen und weiterer Aufgaben, welche aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, welches System einschließt: Sensoreinrichtungen zum Ermitteln der Betriebszustände eines Verbrennungsmotors; Einlass- und Auslassnockenwellen zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile des Verbrennungsmotors in Synchronisierung mit einer Rotation einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors; zumindest einen Stellantrieb, der zum Betrieb mit zumindest einer der Nockenwellen zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile verbunden ist; eine hydraulische Druckversorgungseinheit zum Zuführen eines hydraulischen Drucks an den Stellantrieb; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zu dem Stellantrieb zugeführten hydraulischen Drucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, wodurch eine relative Phase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert wird, worin der Stellantrieb aufweist: eine verzögernde hydraulische Kammer und eine vorschiebende hydraulische Kammer zum Einstellen der relativen Phase in einem einstellbaren Bereich; einen Verriegelungsmechanismus zum Einstellen der relativen Phase in eine Verriegelungsposition innerhalb des einstellbaren Bereichs; und einen Lösemechanismus zum Lösen des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf ein vorbestimmtes Niveau des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zugeführten hydraulischen Drucks, und worin, wenn der Verriegelungsmechanismus betätigt wird, um die relative Phase so zu steuern, dass sie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Verriegelungsposition ist, die Steuereinrichtung eine Grenze des Steuerbereichs vermindert.
Darüber hinaus ermittelt die Steuereinrichtung einen ermittelten Vorschubwinkelbetrag, d. h. eine Phasendifferenz zwischen den Phasen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, und berechnet einen angestrebten Vorschubwinkelbetrag, d. h. eine zeitliche Abstimmung der Ventile, die für einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors geeignet ist, um eine Steuerbereichsgrenze eines integrierten Wertes kleiner werden zu lassen als in dem Fall, in welchem sich der ermittelte Vorschubwinkelbetrag nicht in der Verriegelungsposition befindet, falls der ermittelte Vorschubwinkelbetrag einer integralen Steuerung unterliegt, um im wesentlichen mit dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag überein zu stimmen.
weiterhin initialisiert die Steuereinrichtung einen integrierten Wert, falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag von innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition in dem Verriegelungsmechanismus nach außerhalb eines vorbestimmten Bereiches verändert wird.
Weiterhin führt die Steuereinrichtung die Initialisierung des integrierten Wertes nur aus, wenn der integrierte Wert die Steuerbereichsgrenze erreicht.
Weiterhin verkleinert die Steuereinrichtung die Steuerbereichsgrenze nicht, falls eine Periode innerhalb einer vorbestimmten Periode ist, wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition in dem Verriegelungsmechanismus ist.
Weiterhin ist die Periode, wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag oder ermittelte Vorschubwinkelbetrag innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition in dem Verriegelungsmechanismus ist, eine Periode, bis der integrierte Wert die Steuerbereichsgrenze erreicht.
Zusätzlich stoppt die Steuereinrichtung die integrale Steuerung, falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition innerhalb des Verriegelungsmechanismus befinden.
Schließlich führt die Steuereinrichtung die Steuerung nur aus, wenn die Betriebszustände des Verbrennungsmotors sich in vorbestimmten Betriebszuständen befinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen:
1 ist ein Blockdiagram, welches die Konfiguration eines Steuersystems zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb einer ECU 21A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuervorgang in dem Fall, in welchem in Schritt S205 aus 2 bestimmt wird, dass sich die Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile in einem PD-Modus befindet, zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuervorgang in dem Fall, in welchem in Schritt S206 aus 2 bestimmt wird, dass die Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Ventile in einem Haltemodus ist, zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang zum Setzen im Voraus eines integralen oberen Grenzwertes I_U und eines integralen unteren Grenzwertes I_L in 4, zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein funktionelles Blockdiagramm, welches verallgemeinert und schematisch eine Konfiguration eines herkömmlichen Steuersystems zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors des Standes der Technik zeigt;
12 ist eine Ansicht durch ein Diagramm zum Veranschaulichen eines phaseneinstellbaren Bereichs des herkömmlichen Steuersystems zur zeitlichen Abstimmung der Ventile, welches die Beziehung zwischen Kurbelwinkeln und Ventilhub zeigt;
13 ist ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen herkömmlicher Phasen- oder Zeitbeziehungen zwischen einzelnen Ausgabepulssignalen eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockenwinkelsensors;
14 ist eine perspektivische Ansicht, welche die interne Struktur eines herkömmlichen Stellantriebes in der am meisten verzögerten Position zur zeitlichen Abstimmung zeigt;
15 ist eine perspektivische Ansicht, welche die interne Struktur eines herkömmlichen Stellentriebes in einer Verriegelungsposition zeigt;
16 ist eine perspektivische Ansicht, welche die interne Struktur eines herkömmlichen Stellantriebs in der am meisten vorgeschobenen Position zur zeitlichen Abstimmung zeigt;
17 ist eine seitliche Schnittansicht, welche die interne Struktur einer herkömmlichen Ölsteuerventileinheit (hydraulische Druckversorgungseinheit) in einem elektrisch nicht angeregten Zustand zeigt;
18 ist eine seitliche Schnittansicht, welche die interne Struktur einer herkömmlichen Ölsteuerventileinheit in einem verriegelten Zustand zeigt; und
19 ist eine seitliche Schnittansicht, welche die interne Struktur einer herkömmlichen Ölsteuerventileinheit in einem elektrisch angeregten Zustand zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlich in Verbindung mit gegenwärtig als bevorzugt oder typisch betrachteten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
Ausführungsform 1
Nachfolgend wird eine Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches allgemein eine Konfiguration eines Steuersystems zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Figur werden Komponenten, welche dieselben oder äquivalent sind zu denjenigen, die vorstehend mit Bezug auf 11 erwähnt wurden, mit denselben Bezugszeichen wie oben bezeichnet und eine ausführliche Beschreibung davon wird weggelassen.
Entsprechend ist in dem Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung der veränderbare Steuerbereich der zeitlichen Abstimmung der Einlassventile und der Auslassventile im wesentlichen derselbe wie in 12 dargestellt, und die Beziehung zwischen der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors und der Ausgabe des Nockenwinkelsensors ist ebenso derselbe wie in 13 dargestellt.
Darüber hinaus ist die Struktur der Stellantriebe 15 und 16 im wesentlichen identisch mit derjenigen in 14, 15 und 16 dargestellt. Übrigens ist auch die Struktur der Ölsteuerventil (OCV) 19 und 20 im wesentlichen identisch mit derjenigen, die vorstehend in Verbindung mit 17, 18 und 19 beschrieben wurde.
Eine in 1 dargestellte elektronische Steuereinheit (verkürzt auch als ECU bezeichnet) 21A schließt ein eine Verriegelungs-Steuereinrichtung zum Einstellen der Stellantriebe 15 und 16 in die Verriegelungsposition oder -Zustand mittels des Verriegelungsmechanismus und eine Löse-Steuereinrichtung zum Durchführen einer verzögernden oder vorschiebenden Steuerung der Stellantriebe 15 und 16, nachdem die Stellantriebe 15 und 16 von den Verriegelungszustand mittels eines Lösemechanismus im Anschluss an den Motoranlassvorgang wie oben beschrieben, gelöst sind.
Darüber hinaus schließt die ECU 21A Steuereinrichtungen ein zum Minimieren einer Grenze eines Steuerbereichs in dem Fall, in welchem die ECU 21A einen Verriegelungsmechanismus betätigt, um eine relative Phase innerhalb einen vorbestimmten Bereich einer Verriegelungsposition hinein zu steuern. Dies verhindert, dass ein Steuerbetrag sich infolge des Einhakens eines Verriegelungsstiftes, wenn ein Stellantrieb in eine Stiftverriegelungsposition gesteuert wird, verändert und verhindert auch, dass die zeitliche Steuerung eines Ventils abweicht, wenn eine Steuerposition verändert wird, selbst wenn ein Steuerbetrag sich verändert, und dadurch vollen Gebrauch der Motorleistung macht, um ein Nachlassen der Fahreigenschaften und eine Verminderung der Kilometerleistung und der Abgasleistung zu verhindern.
In einem Laufmodus nach dem Aufwärmen oder dergleichen, der ein normaler Fahrmodus ist, kann ein angestrebter Vorschubwinkelbetrag eine optimale zeitliche Ventilabstimmung in jedem Fahrmodus darstellen, falls beispielsweise eine Datentabelle eines angestrebten Vorschubwinkelbetrages, die zweidimensional durch Rotation und Belastung eines Motors aufgezeichnet wurde, in einem ROM der ECU 21 im voraus gespeichert wird, und angestrebte Vorschubwinkelbeträge gemäß Fahrzuständen in der Datentabelle eingestellt werden.
Da eine Ölpumpe durch einen Motor angetrieben ist, ist die Anzahl der Rotationen der Ölpumpe während des Anlassbetriebes des Motors nicht ausreichend und eine an den Stellantrieb geförderte Ölmenge ist unzureichend. Somit ist eine Steuerung einer vorgeschobenen Position unmöglich. Daher wird ein Rütteln des Schaufelrades 152 infolge eines unzureichenden hydraulischen Drucks durch Ineingriffbringen des Verriegelungsstiftes 155 mit der Verriegelungsaussparung 157 wie in 15 dargestellt, verhindert.
Es gibt eine zeitliche Ventilabstimmung, die zum Anlassen im Anlasserbetrieb geeignet ist, und es ist beabsichtigt, dass eine Eingriffposition des Verriegelungsstiftes 155 eine zeitliche Abstimmung der Ventile in dem Anlassvorgang wird. Eine Ventilüberdeckung wird groß, wenn ein Einlassventil ausgeprägt nach vorne geschoben ist und eine gegenwärtige Kompressionsrate nimmt ab, wenn das Einlassventil ausgeprägt verzögert ist. In jedem Falle nimmt die Drehzahl in dem Anlassbetrieb infolge der Abnahme von Pumpenverlusten zu, was für eine Initialzündung vorteilhaft ist, jedoch nicht zu einer vollständigen Verbrennung führen kann, weil nachfolgende Verbrennungen unzureichend sind.
Wenn ein Auslassventil ausgeprägt vorgeschoben ist, wird die gegenwärtige Kompressionsrate vermindert und Verbrennungsenergie kann nicht ausreichend auf eine Kurbelwelle übertragen werden. Wenn das Auslassventil ausgeprägt verzögert ist, wird eine Ventilüberdeckung groß und dieselbe Situation entseht wie in dem Fall, in welchem das Einlassventil ausgeprägt vorgeschoben ist. In dem Anlassbetrieb oder in dem Betriebszustand, welcher unmittelbar dem Anlassvorgang folgt, wird die Anlassleistung verschlechtert oder Anlassen wird unmöglich, falls die zeitlichen Ventilsteuerung entweder ausgeprägt vorgeschoben oder ausgeprägt verzögert ist. Daher wird die zeitliche Ventilsteuerung durch den Verriegelungsstift 155 verriegelt, so dass sie vorteilhaft wird in dem Anlassbetrieb oder in dem Betriebszustand, welcher unmittelbar nach dem Anlassbetrieb folgt.
Nach dem Anlassbetrieb nimmt ein hydraulischer Druck infolge der Zunahme der Motordrehzahl zu und der hydraulische Druck wird ebenso an den Stellantrieb gefördert. Wenn der hydraulische Druck an den Stellantrieb gefördert wird, wird der hydraulische Druck ebenso an die Verriegelungsaussparung 157 gefördert. Dann wird, wenn der hydraulische Druck die Kraft der Feder 156 überwindet, der Verriegelungsstift 155 aus der Verriegelungsaussparung 157 gelöst und das Schaufelrad 152 steht zum Betrieb bereit. Somit dienen die OCVs 19 und 20 zum Steuern der Zufuhr des hydraulischen Drucks zu der verzögernden hydraulischen Druckkammer 153 und der vorschiebenden hydraulischen Druckkammer 154, wodurch ein Vorschubwinkel und ein Verzögerungswinkel gesteuert werden können.
Falls eine Feedback-Steuerung entsprechend einer Abweichung zwischen einem angestrebten Vorschubwinkel und einem ermittelten Vorschubwinkel ausgeführt wird, wird ein Steuerwert zu dem Zeitpunkt einer Haltesteuerung, die im wesentlichen durch die Situation in 18 dargestellt ist, aufgenommen, und die Steuerung wird auf der Basis des aufgenommenen Wertes durchgeführt. Das Aufnehmen wird durchgeführt, um die Steuerung zu stabilisieren, selbst wenn es Ausbreitungen gibt, in welchen ein Steuerwert zum Zeitpunkt der Haltesteuerung für jeden Motor variiert. Die Aufnahme wird basierend auf einen integrierten Wert zu der Zeit der Haltesteuerung durchgeführt, und falls die Aufnahme nicht durchgeführt wird, fluktuiert der integrierte Wert stark infolge der Ausbreitungen. Somit wird ein gewisser Bereich für eine Breite einer integralen Steuerung benötigt.
In Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors nähert sich der angestrebte Vorschubwinkelbetrag der Stiftverriegelungsposition an. Wenn der ermittelte Vorschubwinkelbetrag dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag folgt, wird die OVC in die in 18 dargestellte Position gesteuert. In diesem Fall, da Passagen sowohl zu einem Vorschubwinkel als auch zu einem Verzögerungswinkel blockiert sind und ein hydraulischer Druck infolge Lecköl von dem OCV zu dem Stellantrieb gefördert wird, fällt der hydraulische Druck signifikant ab und die Kraft der Feder 156 überwindet den hydraulischen Druck, um den Verriegelungsstift 155 in die Verriegelungsaussparung 157 zu bringen. Wenn die integrale Steuerung in diesem Zustand ausgeführt wird, da der ermittelte Vorschubwinkelbetrag sich trotz einer Veränderung des Steuerstromes nicht verändert, breitet sich der Steuerstrom aus. Somit wird eine Steuerung zum Verhindern der Ausbreitung des Steuerstroms benötigt.
Eine Steuerung zur zeitlichen Abstimmung der Ventile auf einer Einlassseite gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf ein Flussdiagramm aus 2 zusammen mit den oben genannten 12 bis 19 beschrieben. Dieser Verarbeitungsvorgang wird für jeden vorbestimmten Zeitabschnitt (beispielsweise 25 ms) in der ECU 21A ausgeführt.
Zunächst ermittelt in Schritt S201 die ECU 21A einen ermittelten Vorschubwinkelbetrag V_d, d. h. eine Phasendifferenz zwischen einer Phase einer Kurbelwelle und einer Phase einer Nockenwelle. Dies entspricht A und B in 13. Dann berechnet in Schritt S202 die ECU 21A einen angestrebten Vorschubwinkelbetrag V_t, d. h. eine zeitliche Ventilabstimmung, die für einen Motorbetriebszustand von einer geforderten Effizienz geeignet ist, welcher ein Belastungszustand in einem Motor ist, und eine Motordrehzahl.
In dem nächsten Schritt S203 subtrahiert die ECU 21A den ermittelten Vorschubwinkelbetrag V_d von dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag V_t, um die Steuerabweichung V_er zu erhalten. Dann bestimmt die ECU 21A in Schritt S204, ob die Steuerabweichung V_er größer ist als eine vorbestimmte Abweichung (1 [°CA]). Die vorbestimmte Abweichung ist nicht auf 1 [°CA] begrenzt und kann ein beliebiger Wert sein, solange sie nicht den Motorbetrieb, die Fahreigenschaften, das Fahrzeugverhalten oder dergleichen beeinträchtigt. Falls in Schritt S204 bestimmt wird, dass die Steuerabweichung V_er größer ist, bestimmt die ECU 21A, dass die zeitliche Ventilabstimmung in einem PD-Modus zum Ausführen einer proportionalen Steuerung und einer differentialen Steuerung ist. Dem gegenüber, falls die Steuerabweichung V_er kleiner ist, bestimmt die ECU 21A in Schritt S206, dass die zeitliche Ventilabstimmung in einem Haltemodus zum Ausführen einer integralen Steuerung ist.
3 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuervorgang in dem Fall zeigt, in welchem in Schritt S205 von 2 bestimmt wird, dass die Steuerung der zeitlichen Ventilabstimmung in dem PD-Modus ist. In Schritt S301 berechnet die ECU 21A einen proportionalen Wert P durch Multiplizieren der Steuerabweichung V_er mit einer proportionalen Verstärkung P_gain. Die proportionale Verstärkung P_gain ist ein im Voraus abgestimmter Wert. Dann berechnet die ECU 21A im Schritt S302 einen Differentialwert D durch Multiplizieren einer Differenz zwischen der Steuerabweichung V_er und der letzten Steuerabweichung (V_er[i – 1]) und der Differentialverstärkung D_gain. Die Differentialverstärkung D_gain ist ein im Voraus abgestimmter Wert. Die ECU 21A addiert den proportionalen Wert P und den Differentialwert D, um einen proportionalen Differenzwert PD zu finden.
4 ist ein Flussdiagramm, welches Verarbeitungsabläufe in dem Fall zeigt, in welchem in Schritt S206 von 2 bestimmt wird, dass die Steuerung der zeitlichen Ventilabstimmung in dem Haltemodus ist. In Schritt S401 addiert die ECU 21A ein Produkt aus der Steuerabweichung V_er und einer integralen Verstärkung I_gain zu einem integrierten Wert I, um einen neuen integrierten Wert I zu erhalten. Dann bestimmt die ECU 21A in Schritt S402, ob der integrierte Wert I größer ist als ein integraler oberer Grenzwert I_u und, falls der integrierte Wert I größer ist, stellt die ECU 21A den integrierten Wert I auf den integralen oberen Grenzwert I_u in Schritt S403 ein. Dann bestimmt die ECU 21A in Schritt S404, ob der integrierte Wert I kleiner ist als ein integraler unterer Grenzwert I_L und, falls der integrierte Wert I kleiner ist, stellt die ECU 21A den integrierten Wert I auf den integralen unteren Grenzwert I_L in Schritt S405 ein.
Dabei werden der integrale obere Grenzwert I_u und der integrale untere Grenzwert I_L im voraus wie in einem Flussdiagramm gemäß 5 dargestellt eingestellt. Das heißt die ECU 21A bestimmt in Schritt S501, ob der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t in einer Stiftverriegelungsposition V_r ist. Falls der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t in der Stiftverriegelungsposition V_r ist, stellt die ECU 21A den integralen oberen Grenzwert I_u auf einen vorbestimmten Wert, der geringer ist als gewöhnlich (50 [mA]) ein und den integralen unteren Grenzwert I_L auf einen vorbestimmten Wert größer als gewöhnlich (nahe Null) (–50 [mA]) in Schritt S502 ein. Falls im Schritt S501 bestimmt wurde, dass der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t nicht in der Stiftverriegelungsposition V_r ist, stellt die ECU 21A den integralen oberen Grenzwert I_u auf einen normalen Wert (200 [mA]) ein und den integralen unteren Grenzwert I_L auf einen normalen Wert (–200 [mA]) in Schritt S503 ein.
Darüber hinaus wird ein proportionaler Differenzwert PD im PD-Modus oder der integrierte Wert I im Haltemodus zu einem aufgenommenen Haltesteuerungswert, der in dem Haltsteuerungszustand im Voraus aufgenommen wurde und umgewandelt wurde, um an den OCV ausgegeben zu werden, addiert.
Wie oben beschrieben, falls der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t in der Stiftverriegelungsposition ist, fallt ein ermittelter Vorschubwinkelwert nicht mit einem angestrebten Vorschubwinkelwert zusammen, obwohl ein Verriegelungsstift in einer Verriegelungsaussparung in Eingriff ist und ein Steuerstromwert durch die integrale Steuerung verändert wird. Dann werden integrierte Werte akkumuliert, und somit verändert sich der Steuerstrom und ein Durchgang von dem OCV ist gesichert, um zu verhindern, dass die Stiftverriegelung gelöst wird und der ermittelte Vorschubwinkelbetrag stark von dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag abweicht. Darüber hinaus, in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelbetrag sich mit den integrierten Werten, die akkumuliert worden sind, ändert, wird ebenso verhindert, dass der ermittelte Vorschubwinkelbetrag stark von dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag abweicht, und ausreichende Motorleistungen wie Kilometerleistung und Abgasleistung können erzielt werden.
Ausführungsform 2
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der zweiten Ausführungsform wird die in 6 dargestellte Verarbeitung zu der ersten Ausführungsform zugeführt. Das heißt, falls der letzte angestrebte Vorschubwinkelbetrag (V_t[i – 1]) in der Verriegelungsposition V_r ist und der gegenwärtig angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t nicht in der Verriegelungsposition V_r ist, in anderen Worten, der angestrebte Vorschubwinkelbetrag hat sich von der Verriegelungsposition in eine andere Position in Schritt S601 verändert, stellt die ECU 21A den integrierten Wert I in Schritt S602 auf Null ein.
Auf diese Weise wird in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t sich von der Verriegelungsposition in eine andere Position verändert hat, der integrierte Wert initialisiert. Somit weicht ein Steuerstrom nicht mehr stark ab, und der ermittelte Vorschubwinkelbetrag kann umgehend dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag folgen, wodurch eine Verschlechterung der Fahreigenschaften, der Kilometerleistung und der Abgasleistung verhindert werden kann.
Ausführungsform 3
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser dritten Ausführungsform wird der Verarbeitungsvorgang aus dem in 7 dargestellten Flussdiagramm zu der ersten Ausführungsform anstelle des in 6 dargestellten Flussdiagramms der zweiten Ausführungsform hinzugefügt. Das heißt, dass der letzte angestrebte Vorschubwinkelwert (V_t[i – 1]) in der Verriegelungsposition V_r ist und der gegenwärtige angestrebte Vorschubwinkelwert V_t nicht in der Verriegelungsposition V_r ist, mit anderen Worten falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag sich von der Verriegelungsposition in eine andere Position in Schritt S701 verändert hat, bestimmt die ECU 21A klar in Schritt S702, oh der integrierte Wert I an dem integralen oberen Grenzwert I_u oder dem integralen unteren Grenzwert I_L ist. Falls festgestellt wird, dass der integrierte Wert I an dem integralen oberen Grenzwert I_u oder dem integralen unteren Grenzwert I_L ist, stellt die ECU 21A den integrierten Wert I auf Null ein, um ihn in Schritt S703 zu initialisieren.
Auf diese Weise wird der integrierte Wert initialisiert, in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t sich von der Verriegelungsposition in eine andere Position verändert hat, und der integrierte Wert I dem integralen oberen Grenzwert I_u oder dem integralen unteren Grenzwert I_L entspricht. Somit weicht ein Steuerstrom nicht mehr weit ab, und der ermittelte Vorschubwinkelbetrag kann umgehend dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag folgen, wodurch eine Verschlechterung der Fahreigenschaften, der Kilometerleistung und der Abgasleistung verhindert werden kann.
Ausführungsform 4
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der vierten Ausführungsform wird das in 5 dargestellte Flussdiagramm der ersten Ausführungsform durch des in 18 dargestellte Flussdiagramm ersetzt.
Das heißt, falls in Schritt 801 festgestellt wird, dass der letzte angestrebte Vorschubwinkelwert (V_t[i – 1]) nicht in der Verriegelungsposition V_r ist und der gegenwärtige angestrebte Vorschubwinkelwert V_t in der Verriegelungsposition ist, stellt die ECU 21A einen vorbestimmten Wert (= 4) in einem Zähler C in Schritt S802 ein. Da die in 8 dargestellte Verarbeitung alle 25 [ms] ausgeführt wird, wird der Zähler C auf 100 [ms] weiterhin (= 4 × 25) eingestellt. Falls in Schritt S801 bestimmt wird, dass der letzte angestrebte Vorschubwinkelwert (V_t[i – 1]) in der Verriegelungsposition V_r ist, wird der Zähler C in Schritt S803 heruntergezählt.
Falls in Schritt S804 bestimmt wird, dass der Zähler C Null angibt und dass der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t in der Verriegelungsposition ist, stellt die ECU 21A den integralen oberen Grenzwert I_u auf einen vorbestimmten Wert kleiner als üblich (50 [mA]) ein und stellt den integralen unteren Grenzwert I_L auf einen vorbestimmten Wert größer als üblich (–50 [mA]) in Schritt S502 ein. Falls in Schritt S804 bestimmt wird, dass der Zähler C nicht Null ist und dass der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t nicht in der Verriegelungsposition ist, stellt die ECU 21A den integralen oberen Grenzwert T_u auf einen normalen Wert (200 [mA]) ein und stellt den integralen unteren Grenzwert I_L auf einen normalen Wert (–200 [mA]) in Schritt S503 ein.
Auf diese Weise, selbst wenn sich ein angestrebter Vorschubwinkelbetrag in eine Verriegelungsposition ändert, solange dieser innerhalb einer vorbestimmten Periode ist, bis ein integrierter Wert einen integralen oberen Grenzwert oder einen integralen unteren Grenzwert erreicht, ist es nicht erforderlich, den integralen oberen Grenzwert und den integralen unteren Grenzwert auf kleinere oder größere als normale Werte zu steuern. Somit, in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelwert über die Verriegelungsposition passiert, wird die Steuerung, um den integralen oberen Grenzwert und den integralen unteren Grenzwert kleiner bzw. größer als normale Werte zu machen, für eine vorbestimmte Periode nicht durchgeführt.
Ausführungsform 5
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser fünften Ausführungsform ist das in 4 dargestellte Flussdiagramm der ersten Ausführungsform durch das in 9 dargestellte Flussdiagramm ersetzt. Darüber hinaus sind in 9 Schritte, welche mit diejenigen der ersten Ausführungsform gemäß 4 identisch sind, mit identischen Bezugszeichnungen versehen und deren Beschreibung wird weggelassen.
Das heißt, falls in Schritt 901 bestimmt wird, dass der angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t in der Verriegelungsposition V_r ist, wird der integrierte Wert I auf dem letzten integrierten Wert ohne Veränderung belassen. Andererseits, falls in Schritt S901 festgestellt wird, dass der angestrebte Vorschubwinkelwert V_t nicht in der Verriegelungsposition V_r ist, berechnet und aktualisiert die ECU 21A den integrierten Wert I in Schritt S401.
Auf diese Weise, in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelwert Vt in der Verriegelungsposition Vr ist, breitet sich ein integraler Wert nicht durch Stoppen einer integralen Steuerung aus, selbst wenn eine Verriegelungsstift in einer Verriegelungsaussparung in Eingriff ist, um vorgeschobenen und verzögerten Betrieb zu ermöglichen, und somit tritt eine Verschlechterung der Steuerleistung eines ermittelten Vorschubwinkelbetrages infolge einer Ausbreitung eines integrierten Wertes nicht auf. Daher kann eine Verschlechterung der Fahreigenschaften, der Kilometerleistung und der Abgasleistung verhindert werden.
Ausführungsform 6
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerbetrieb der ECU 21A gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser sechsten Ausführungsform ist das in 5 dargestellte Flussdiagramm der ersten Ausführungsform durch das in 10 dargestellte Flussdiagramm ersetzt.
Das heißt, falls in Schritt 1001 festgestellt wird, dass der angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t in der Verriegelungsposition V_r ist, bestimmt die ECU 21A, ob eine Drehzahl Ne größer ist als eine vorbestimmte Drehzahl (4000 [U/min]) in Schritt S1002. Falls die Drehzahl Ne größer ist, stellt die ECU 21A den integralen oberen Grenzwert I_u auf einen Wert kleiner als einen normalen Wert (50 [mA]) ein, und stellt den integralen unteren Grenzwert T_L auf einen Wert größer als einen normalen Wert (–50 [mA]) im Schritt S1003 ein. Falls in Schritt S1002 bestimmt wird, dass die Drehzahl kleiner oder gleich der vorbestimmten Drehzahl (4000 [U/min]) ist, werden der integrale obere Grenzwert I_u und der integrale untere Grenzwert I_L auf normale Werte (200 [mA], –200 [mA]) in Schritt S1004 eingestellt. Falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t in Schritt S1001 nicht in der Verriegelungsposition V_r ist, werden der integrale obere Grenzwert I_u und der integrale untere Grenzwert I_L, auf normale Werte (200 [mA], –200 [mA]) in Schritt S1005 eingestellt.
Auf diese Weise, in dem Fall, in welchem der angestrebte Vorschubwinkelbetrag V_t in der Verriegelungsposition V_r ist, falls die Drehzahl Ne größer ist als eine vorbestimmte Drehzahl, wird ein hydraulischer Druck zum Lösen eines Verriegelungsstiftes gesichert, und ein integraler oberer Grenzwert und ein integraler unterer Grenzwert werden auf normalen Werten belassen, weil es nicht erforderlich ist, diese zu steuern. Somit kann eine Verzögerung eines ermittelten Vorschubwinkelwertes beim Folgen eines angestrebten Vorschubwinkelwertes in dem Zustand eliminiert werden, in welchem der Verriegelungsstift nicht in einer Verriegelungsaussparung in Eingriff ist, wodurch eine Verschlechterung der Fahreigenschaften, der Kilometerleistung und der Abgasleistung verhindert werden kann.
Die Steuerung unter einer Drehzahl kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist effektiv zum Initialisieren eines integrierten Wertes, zum Stützen eines integrierten Wertes oder dergleichen, solange sie nicht in einem Betriebsbereich ausgeführt wird, in welchem ein hydraulischer Druck zum Lösen eines Verriegelungsstiftes gesichert werden kann. Die Steuerung kann nicht nur zur Begrenzung integraler oberer und unterer Grenzwerte, sondern auch zum Initialisieren eines integrierten Wertes, zum Stützen eines integrierten Wertes oder dergleichen durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, in einem Steuerzustand, in welchem ein OCV im wesentlichen in einer Mittelposition ist, in welcher ein Verriegelungsstift in einer Verriegelungsaussparung in Eingriff ist, breitet sich eine integrale Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung aus, falls der Verriegelungsstift mit der Verriegelungsaussparung infolge eines Abfalls eines hydraulischen Drucks in dem OCV in Eingriff ist. Somit kann die Ausweitung der integralen Steuerung auf ein Minimum begrenzt werden, um eine Verschlechterung der Steuerleistung eines ermittelten Vorschubwinkelbetrages durch Begrenzen eines integralen oberen und unteren Grenzwertes auf größere und kleinere Werte als normal zu verhindern, wodurch eine Verschlechterung der Steuerleistung eines ermittelten Vorschubwinkelbetrages verhindert werden kann.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Initialisierung eines integrierten Wertes ausgeführt, falls ein angestrebter Vorschubwinkelbetrag von einer Verriegelungsposition abweicht, und eine Stützung oder dergleichen einer integralen Steuerung wird durchgeführt, falls ein angestrebter Vorschubwinkelwert in einer Verriegelungsposition ist, wodurch eine Ausweitung eines integrierten Wertes und eine Verschlechterung der Steuerleistung eines ermittelten Vorschubwinkelbetrages verhindert werden.
Somit wurde deutlich, dass ein Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors bereitgestellt wird. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch durch andere als die bevorzugten Ausführungsformen, die zum Zwecke der Veranschaulichung und nicht der Begrenzung vorgestellt worden sind, ausgeführt werden kann, und die vorliegende Erfindung wird nur durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors, das aufweist: Sensoreinrichtungen (13, 14, 17, 18) zum Ermitteln der Betriebszustände des Verbrennungsmotors; Einlass- und Auslassnockenwellen (15C, 16C) zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile des Verbrennungsmotors synchron zu einer Rotation einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors; zumindest einen Stellantrieb (15, 16), der zum Betrieb mit zumindest einer der Nockenwellen (15C, 16C) zum Betätigen der Einlass- bzw. Auslassventile verbunden ist; eine hydraulische Druckversorgungseinheit zum Zuführen eines hydraulischen Drucks an den Stellantrieb (15, 16); und eine Steuereinrichtung (21A) zum Steuern des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zu dem Stellantrieb zugeführten hydraulischen Drucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, wodurch eine relative Phase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert wird, worin der Stellantrieb (15, 16) aufweist: eine verzögernde hydraulische Kammer (153) und eine vorschiebende (154) hydraulische Kammer zum Einstellen der relativen Phase in einem einstellbaren Bereich; einen Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) zum Einstellen der relativen Phase in eine Verriegelungsposition (Vr) innerhalb des einstellbaren Bereichs; und einen Lösemechanismus zum Lösen des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf ein vorbestimmtes Niveau des von der hydraulischen Druckversorgungseinheit zugeführten hydraulischen Drucks, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (21A) einen integrierten Wert (I) basierend auf einer Steuerabweichung (Ver) zwischen einem angestrebten Vorschubwinkelbetrag (Vt) und einem ermittelten Vorschubwinkelbetrag (Vd) bestimmt, wobei der Vorschubwinkelbetrag eine Phasendifferenz zwischen den Phasen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ist, den integrierten Wert (I) innerhalb eines Steuerbereichs mit einem oberen Grenzwert (Iu) und einem unteren Grenzwert (I_l) hält, und den oberen Grenzwert (Iu) des Steuerbereichs absenkt und/oder den unteren Grenzwert (Il) des Steuerbereichs anhebt, wenn der Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) betätigt ist, um die relative Phase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle so zu steuern, dass sie innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Verriegelungsposition (Vr) ist.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, worin die Steuereinrichtung (21A) die Steuerbereichsgrenzen (Iu, Il) des integrierten Wertes (I) betragsmäßig kleiner werden lässt als in dem Fall, in welchem der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) nicht der Verriegelungsposition (Vr) entspricht, falls der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) einer integralen Steuerung unterliegt, um im wesentlichen mit dem angestrebten Vorschubwinkelbetrag (Vt) überein zu stimmen.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, worin die Steuereinrichtung (21A) den integrierten Wert (I) initialisiert, falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag (Vt) oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) von innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition (Vr) in dem Verriegelungsmechanismus nach außerhalb eines vorbestimmten Bereiches verändert wird.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 3, worin die Steuereinrichtung (21A) die Initialisierung des integrierten Wertes (I) nur ausführt, wenn der integrierte Wert einen der Grenzwerte (Iu, Il) des Steuerbereichs erreicht.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, worin die Steuereinrichtung (21A) die Steuerbereichsgrenzen (Iu, Il) des integrierten Wertes (I) betragsmäßig nicht verkleinert, falls eine Dauer innerhalb einer vorbestimmten Dauer ist, wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag (Vt) oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition (Vr) in dem Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) ist.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 5, worin die Dauer, wenn der angestrebte Vorschubwinkelbetrag (Vt) oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition (Vr) in dem Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) ist, eine Dauer ist, bis der integrierte Wert (I) eine der Steuerbereichsgrenzen (Iu, Il) erreicht.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, worin die Steuereinrichtung (21A) die integrale Steuerung stoppt, falls der angestrebte Vorschubwinkelbetrag (Vt) oder der ermittelte Vorschubwinkelbetrag (Vd) sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer Verriegelungsposition (Vr) innerhalb des Verriegelungsmechanismus (155, 156, 157) befinden.
Steuersystem zur zeitlichen Abstimmung der Ventile eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, worin die Steuereinrichtung (21A) die Steuerung nur ausführt, wenn die Betriebszustände des Verbrennungsmotors sich in vorbestimmten Betriebszuständen befinden.